[ad_1]
(noticias nanowerk) Desde monitorear la concentración de gases de efecto invernadero hasta detectar COVID en el aliento, los sistemas láser llamados peines de frecuencia pueden identificar moléculas específicas tan simples como el dióxido de carbono y tan complejas como los anticuerpos monoclonales con una precisión y sensibilidad sin precedentes. Sin embargo, por sorprendentes que sean, la velocidad de los peines de frecuencia que les permiten capturar procesos de alta velocidad como la propulsión hipersónica o el plegamiento de proteínas en sus formas tridimensionales finales es limitada.
Ahora investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), Toptica Photonics AG y la Universidad de Colorado Boulder han desarrollado un sistema de peine de frecuencia que puede detectar la presencia de ciertas moléculas en una muestra cada 20 nanosegundos, o milmillonésimas de segundo. Con esta nueva capacidad, los investigadores podrán utilizar peines de frecuencia para comprender mejor los pasos intermedios de fracciones de segundo en procesos de rápido movimiento, desde cómo funcionan los motores hipersónicos hasta las reacciones químicas entre enzimas que regulan el crecimiento celular.
Las tesis centrales
![El colorido gráfico de datos en 3D muestra el pico en el centro con puntas rojas y las partes inferiores en azul.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63965_1.jpg)
Investigación
El equipo de investigación anunció sus hallazgos en un artículo publicado en Fotónica de la naturaleza (“Espectroscopia de absorción de doble peine de nanosegundos resuelta en el tiempo”).
En su experimento, los investigadores utilizaron la configuración de peine de doble frecuencia común en la actualidad, que contiene dos rayos láser que trabajan juntos para capturar el espectro de colores que absorbe una molécula. La mayoría de las configuraciones de peine de doble frecuencia incluyen dos láseres de femtosegundos que emiten un par de pulsos ultrarrápidos al unísono.
En este nuevo experimento, los investigadores utilizaron una configuración más simple y menos costosa conocida como «peines electroópticos», en la que un único haz de luz continuo se divide primero en dos haces. Luego, un modulador electrónico crea campos eléctricos que cambian cada haz de luz, dándole forma de «dientes» individuales de un peine de frecuencia. Cada diente tiene un color o frecuencia de luz específica, que luego puede ser absorbida por una molécula de interés.
Mientras que los peines de frecuencia tradicionales pueden tener miles o incluso millones de dientes, el peine electroóptico de los investigadores tenía sólo 14 en un experimento típico. Sin embargo, como resultado, cada diente tenía una potencia óptica mucho mayor y era muy diferente en frecuencia del diente. otros, lo que resultó en una señal clara y fuerte que permitió a los investigadores detectar cambios en la absorción de luz en una escala de tiempo de 20 nanosegundos.
En su demostración, los investigadores utilizaron el instrumento para medir pulsos supersónicos de CO.2 Emerge de una pequeña boquilla en una cámara llena de aire. Midieron el CO2 Proporción de mezcla, la proporción de dióxido de carbono en el aire. La concentración cambiante de CO2 Les contó a los investigadores sobre el movimiento del pulso. Los investigadores vieron cómo el CO2 interactuó con el aire y creó fluctuaciones en la presión del aire a su paso. Estos detalles suelen ser difíciles de determinar con precisión, incluso con las simulaciones por computadora más sofisticadas.
«En un sistema más complicado como el motor de un avión, podríamos utilizar este enfoque para estudiar una especie específica de interés, como el agua, el combustible o el CO».2para observar la química. También podemos utilizar este enfoque para medir cosas como la presión, la temperatura o la velocidad observando los cambios en la señal”, dijo David Long, químico investigador del NIST. La información de estos experimentos podría proporcionar conocimientos que podrían conducir a mejoras en el diseño de los motores de combustión interna o a una mejor comprensión de cómo interactúan los gases de efecto invernadero con la atmósfera.
Se utilizó un componente especial en la configuración, llamado oscilador óptico paramétrico, para cambiar los dientes del peine de los colores del infrarrojo cercano a los colores del infrarrojo medio absorbidos por el CO.2. Sin embargo, el oscilador óptico paramétrico también se puede sintonizar con otras regiones del infrarrojo medio, lo que permite que los peines detecten otras moléculas que absorben luz en estas regiones.
El artículo contiene información que otros investigadores pueden utilizar para construir un sistema similar en el laboratorio, haciendo que esta nueva técnica esté ampliamente disponible en muchas áreas de investigación e industrias.
«Lo que es realmente especial de este trabajo es que reduce significativamente la barrera de entrada para los investigadores que desean utilizar peines de frecuencia para estudiar procesos rápidos», dijo el coautor Greg Rieker, profesor de la Universidad de Colorado Boulder y ex investigador del NIST. asociado.
“Con esta configuración puedes crear cualquier peine que quieras. La ajustabilidad, flexibilidad y velocidad de este método abre la puerta a muchos tipos diferentes de mediciones”, dijo Long.
[ad_2]